2024年4月3日花蓮地震 — 十問十答地震與海嘯

2024年4月11日

林靜芝、陳維洵、許大偉

根據香港天文台（HKO）分析，2024年4月3日上午7點58分，台灣發生了7.3級大地震，震源深度約為10公里 [1]。震中位於台灣東部沿海，距離花蓮東南偏南約15公里。儘管震中與香港相距約790公里，本港有過百名市民報告在香港感受到震動。在本地有感地震報告中，基於儀器觀測及市民報告的觀察和感受，是次地震的烈度評定為在修訂麥加利地震烈度表上的第III（三）度。

這次地震在台灣造成了十多人死亡，千多人受傷 [2]，並至少還有數十人失蹤。地震導致一些建築物傾斜，也觸發大規模的山體滑坡。這是自1999年集集地震（震級7.7）以來台灣遭受到最強的地震。據台灣中央氣象署（CWA）採用的震度標準，花蓮地區記錄到的最大震度為6強 [3]。中國沿海部分地區（包括香港在內）都能感受到這次地震。主震後持續發生了50多次餘震，其中一次發生在主震後13分鐘，震級達到6.4，而大部分餘震的震級在4.0至5.0之間。

花蓮地震引發了海嘯波。天文台在4月3日上午11時10分發布海嘯報告，預測海嘯波會在當天中午至下午1時期間到達香港，預計本港的海嘯高度最多約0.1米，對香港的影響很小。此外，天文台還舉行了傳媒發布會，向公眾發放地震和海嘯的資訊。

1. 地震一般的成因是甚麼，花蓮地震的成因又是甚麼？

地震是由地下儲存的能量釋放所引起一系列的複雜地面震動。這些能量通常是在地質斷層突然發生不可預測的運動時釋放。構造板塊的運動會受到摩擦力的抗衡，只有當斷層上的剪切應力積累到超過摩擦阻力時，地震才會發生。其他自然過程，如火山或地殼底下的岩漿活動，也可產生地震。此外，地震也可以由人類活動引起，最明顯的是與受控或意外的大規模爆炸和人為變化（例如為新建的大型水庫充水）有關。

台灣位於菲律賓海板塊和歐亞板塊的複雜聚合區域之間（圖1），屬活躍地震帶。當中在花蓮附近，菲律賓海板塊向西北方向運動並俯衝到歐亞板塊之下，兩塊板塊每年以大約7至8厘米的速度碰撞 [4]。據美國地質調查局（USGS） [5]，花蓮地震的震源機制是逆斷層（圖2），可能與歐亞板塊內部的斷層活動有關。

2. 為什麼不同官方地震監測中心所分析的地震參數存在一些差異？為什麼初期報告的震級可能會在後續的報告中被修訂？

由於各地震監測中心會從本地地震台網和全球地震台網中接收不同台站的數據，而分析資料的時間亦不同，因此它們計算的震級結果可能會有些差異。香港地震台網包括兩個寬頻地震儀、七個短週期地震儀和五個強震儀，而其中香港寶珊地震站向全球地震台網提供實時數據。

各地震監測中心在地震報告中採用不同類型的地震震級 [7]，或採用不同類型震級的加權平均值。對於較強的地震，地震波可從震源傳播至更遠的距離，所以可以獲取較多的地震台站數據，以進行更準確的震級分析。因此，較強地震的震級往往會在接收到來自遠方地震台站的數據後，在經重新計算後被修訂。

3.如何量化地震烈度？

地震烈度是對特定位置的震動程度來量度。它主要跟地震的震級和該位置與震源的距離有關，地表的地質類型和地震破裂的方向也會影響烈度。

世界不同國家或地區採用特定的地震烈度標準來量化各位置的震動。香港天文台採用修訂麥加利地震烈度表（Modified Mercalli Scale，簡稱MMS）[8]。MMS分12個不同級別的烈度，根據人類感覺到的震動程度以及對建築結構等的影響和破壞程度來訂定烈度（圖3）。台灣採用的地震烈度表（台稱震度）如圖4所示。

利用儀器來測量的峰值地面加速度（PGA）或峰值地面速度（PGV）可作為地面震動強度的指標。香港天文台利用強震儀來測定PGA。PGA表示地面上一件小物件所經歷的最大加速度，即地面在地震波通過時所經歷的最大速度變化的速率。利用過往一定數目的本地有感地震事件，我們可以對市民從感覺或觀察得出的地震烈度與儀器測得的PGA值，進行相關性分析，來建立一套基於儀器測量數據得出地震烈度的客觀標準。PGA通常以重力加速度（g）為單位進行量化，或以「伽」（厘米每平方秒）為單位表示。PGA是評估地震危險程度的重要參數。

4.如何監測地震，並且地震是否可預測？

我們建立了地震台站並利用地震儀（圖5）來探測地震產生的地震波（圖6）。通過從地震台網所收集的數據，我們可以計算出發生地震的時間、震中位置、震級和震源深度等參數。然而，即使在目前最先進的科學知識和技術下，我們還沒有可靠的方法預測地震。

5. 地震會帶來甚麼威脅，可採取甚麼預防措施？

地震的主要威脅包括建築物倒塌、山泥傾瀉、電力供應系統故障、燃氣洩漏引起火災等。強烈的海底地震可能引發海嘯並對沿海居民構成嚴重威脅。當發生強烈地震時，首先要保持冷靜，然後根據情況尋找適當的避難地方。圖7顯示有關強震期間的安全守則資訊圖以供參考。詳細資訊可參閱 [9]。

6. 海嘯一般的成因是甚麼，而花蓮地震相關的海嘯又是如何引發的？

海嘯是由大海中由快速而劇烈的擾動所引起的一系列波浪，通常由海底地震、大規模滑坡、火山噴發或天體撞擊引發。按擾動的實際情況，波浪從源頭傳播時可能會出現先下降（波谷）再上升（波峰）的情況，或者相反。海嘯波浪的波谷會導致水退或水位異常下降，緊接的是波峰或水位上升。

海嘯波浪的速度和特徵受到多種因素的影響，包括它傳播時遇到的水深、水底地形和沿岸地貌等。

就花蓮地震而言，這次強烈而淺層的海底地震震級達到7.3，震源深度約為10公里，令海底突然垂直移動，導致海洋中出現顯著的擾動，海嘯波浪因而產生並傳播到離震中幾百公里遠的地區。

7. 如何預測海嘯？

針對由海底地震引發的海嘯，在分析地震事件的地震參數（包括地震發生時間、震中位置、震級、震源深度和震源機制）後，通常會利用電腦數值模式來預測海嘯的波高和預計到達不同位置的時間。

利用潮汐站和海嘯浮標（DART系統）等儀器可監測海嘯波。通過監測海面高度變化的異常情況，可以透過對海面高度資料的時間序列作過濾分析得出海嘯波高。通過使用相關性和倍大方法，可從最近的海嘯觀測中粗略推斷海嘯波到達時的高度。

海嘯波的傳播速度與水深有關，在深海中較快，而在淺水中則較慢。利用海洋深度的數據集，我們可以製作一套針對來自世界不同地區的海嘯的傳播時間（TTT）圖表。圖8的TTT圖表顯示由2024年花蓮地震引發的海嘯波需要4-5小時才到達香港，因此海嘯波的預計到達時間（ETA）在2024年4月3日中午至下午1點之間。圖9中的電腦數值模式結果顯示預計在南海的海嘯波高度低於0.05米。

8. 如何通過潮汐站觀測並分析海嘯波高？與花蓮地震相關的海嘯帶來了多少海平面異常？

潮汐站是用以測量海面相對於參考點的高度變化，記錄水位隨時間變化，可捕捉到定期的潮汐漲退以及其他波動，包括由海嘯引起的波動。海嘯波與潮汐有著不同的特徵，我們可以利用這些特徵進行區分。

潮汐通常具有大約12或24小時的週期，而海嘯波的週期要短得多，從幾分鐘到一兩小時不等。對水位時間序列進行特定週期範圍的濾波，特別是在預計海嘯到達及其之後的時段，我們可以分析水位變化中可能由海嘯波引起的部分。

在2024年4月3日花蓮地震引發了海嘯波，在台灣記錄到的海嘯波高一般都在1米以下，海嘯波擴散到太平洋和南中國海。日本石垣島記錄到約0.2米的海嘯波。海嘯波在當天中午至下午1時期間抵達香港，即地震發生後4至5小時，於石壁出現約7厘米的水位異常，波週期約為50分鐘（圖10）。到達時間與TTT圖表預計的時間基本相符。在大澳和大廟灣也觀測到海平面的輕微波動。

9. 天文台在甚麼情況會發佈海嘯報告和海嘯警告？

如預料南海或太平洋發生的強烈地震會引發海嘯，導致香港受顯著海嘯 (即海嘯高度比正常水位高出0.5米以上) 影響，而預計海嘯會在三小時內抵達香港，天文台會發出海嘯警告，提醒市民採取預防措施。

對於有可能影響香港但在三小時後才抵達香港的顯著海嘯，天文台會首先發出海嘯報告通知市民。此外，如香港可能受海嘯影響但預料香港的海嘯不顯著，天文台亦會發出海嘯報告通知市民。

10. 香港易受地震和海嘯的影響嗎？

世界上大多數地震都發生在地殼板塊的邊界上。香港位於歐亞板塊內，和最近的板塊邊界有一定距離，並非位於活躍的地震帶。根據土木工程拓展署土力工程處的評估，香港的地震風險水平屬於低至中等 [10]。儘管如此，市民尤其在前往經常發生地震的地區旅遊前應該多了解地震及在地震期間和之後的安全守則。

大多數海嘯是由海底地震引發的。在現存歷史記錄中，香港沒有受到任何嚴重海嘯的影響，菲律賓群島和台灣幾乎完全阻擋了來自太平洋的海嘯。海嘯經過衍射會減弱，因此抵達香港的能量相當小。

參考資料：

[1] 香港天文台有關本地有感地震的網頁
[2] 維基百科關於2024年花蓮地震的頁面
[3] 中央氣象署地震測報中心的網頁
[4] 中央氣象署數位科普網的網頁
[5] 美國地質調查局（USGS）的網頁（只有英文版）
[6] IRIS關於震源機制的影片（只有英文版）
[7] 香港天文台關於地震震級的網頁
[8] 香港天文台關於修訂版麥加利烈度表的網頁
[9] 香港天文台關於地震安全守則的網頁
[10] 土力工程處，2022: 香港的地震活動